哈志強，袁兵，林文修，劉保全，李康

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400016）

0 引言

三維激光掃描技術(shù)是近些年來發(fā)展興起的新測繪技術(shù)，它通過測距激光掃描被測物體，獲取目標的空間三維數(shù)據(jù)。作為BIM技術(shù)在建筑全生命周期的模型信息化管理過程當中的一環(huán)，三維掃描技術(shù)對應(yīng)用于既有建筑的逆向設(shè)計過程提供了可視化的建筑信息模型，并根據(jù)掃描點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多項成果應(yīng)用。該測繪技術(shù)對BIM可視化管理平臺可提供完整和精細的建筑物信息化數(shù)字模型，本文針對歷史建筑石寶寨的測繪來說明三維掃描技術(shù)在古建筑測繪當中的實際應(yīng)用。

1 工程概況

石寶寨位于重慶市忠縣境內(nèi)，倚建在玉印山東南崖壁的西南端，建筑只有西、東、南三個立面。寨樓共分十二層樓閣，高達45m，總建筑面積429.5m2。該寨樓為自下而上樓層面積逐漸減小的塔式建筑（圖1），同時每個樓層間木柱數(shù)量多，間隙小，對三維掃描操作帶來較大的難度。

石寶寨寨樓的主要特點以及三維掃描操作的難點如下：

（1）寨樓自下而上樓層面積減小，底層平面面積相對較大，頂層樓層空間十分狹小，掃描作業(yè)時層數(shù)越高架站可用空間越小；

（2）寨樓低層的木柱間距緊密，視線遮擋較多，對掃描作業(yè)和布站干擾較大；

（3）寨樓樓層越向上樓梯出入口空間越小，對跨層掃描作業(yè)和后期點云模型拼接造成困難越大。

2 布站選點方案

石寶寨寨樓共12層，室內(nèi)可掃描的層數(shù)為11層，室外掃描范圍主要包括一層大門附近，6層外側(cè)走廊，以及10層外側(cè)面，同時包括步行至寨樓的江邊走廊。

石寶寨寨樓室內(nèi)外布站位置如下。

（1）江邊走廊，廣場及大門附近布站位置（圖2）

圖1 石寶寨寨樓自下而上建筑特點示意

在對寨樓可視范圍內(nèi)，一層4站的擺放可保證每站之間直線距離不超過50m，因此靶球的擺放可使得儀器位置與靶球距離在20m以內(nèi)，同時，對寨樓的正立面以及兩個側(cè)立面部分進行整體的掃描。

（2）室內(nèi)站點布置

室內(nèi)由于木柱的遮擋，視線不可達到整區(qū)域位置，因此，儀器的擺放盡量使得各站點之間聯(lián)系成為整體。同時靶球的擺放主要為方便兩站之間的拼接，在符合擺放原則的基礎(chǔ)上，適當增加靶球，目的是為了在后期拼接過程保證精度的要求。

（3）樓梯上下連接布站

考慮到石寶寨寨樓特點，在越往上頂層的位置，樓梯間空間減小，使得儀器和靶球的擺放局限增大，難度加大，因此在布站時盡可能結(jié)合樓梯上下可擺放儀器位置的空間以及拼接靶球的擺放可視性（圖3）。

圖3 樓梯間儀器和靶球擺放位置

3 點云后處理操作

石寶寨作業(yè)操作歷時2天半，掃描原始數(shù)據(jù)大小為7.5G，經(jīng)過法如SCENE軟件釋放過后存儲量為63.8G。該容量為掃描數(shù)據(jù)和掃描圖片的大小，不包括后處理完成后的點云模型、web2go以及正攝影像圖數(shù)據(jù)。后處理完成的數(shù)據(jù)量所占空間龐大，對電腦性能及存儲空間的要求非常大。

4 點云成果轉(zhuǎn)化

在點云模型操作完成后，操作法如SCENE軟件自帶插件，創(chuàng)建正攝影像圖，創(chuàng)建后的圖形為1:1實際大小的圖片，可直接用于工程應(yīng)用。

將正攝影像圖插入CAD軟件進行描圖，描圖的精度高低和操作人員的軟件操作水平有一定關(guān)系，但整體誤差可控制在毫米級。以下為本次石寶寨三層平面繪制的CAD圖形示例（圖4）。

圖4 點云成果轉(zhuǎn)換形成的二維線畫圖

5 結(jié)語

BIM全生命周期管理平臺對既有建筑的逆向設(shè)計，現(xiàn)階段多依靠于傳統(tǒng)測繪手段，傳統(tǒng)手工測繪對于大部分建筑一般只需要皮卷尺、鋼卷尺、卡尺或軟尺以及激光測距儀進行測繪。這種測繪方式需大量的人力物力資源，花費時間較長，同時對于古建筑的屋頂和雕飾等關(guān)鍵部位不易進行數(shù)據(jù)采集，且人與建筑物接觸對建筑本身易造成損壞。

三維激光掃描技術(shù)可對上述傳統(tǒng)手工測繪大部分弊端予以彌補，更省時省力，方便快捷?？梢詾锽IM技術(shù)對既有建筑的逆向設(shè)計過程提供完整和精確的數(shù)字化信息模型。

需要指出的是，當前三維激光掃描技術(shù)尚無法完全代替手工測繪，只是從便捷程度、保護建筑本身、精確程度方面有很大的改善，由于掃描作業(yè)不可避免會受人為和外界干擾，以及建筑物本身特點所決定的掃描精度部分仍無法完全滿足要求，同時掃描數(shù)據(jù)在經(jīng)過后處理以后形成的數(shù)據(jù)量非常龐大，對電腦性能及存儲空間都有很大的要求。因此，采用三維激光掃描技術(shù)，可使BIM平臺中既有建筑和古建筑的逆向設(shè)計更精細，并使之得以全面和快捷方便地推廣應(yīng)用，但依然存在較多需要解決的課題。